Konsentrasjon av ideelle gassmolekyler. Formler og prøveproblem

2024 Forfatter: Angel Austin | [email protected]. Sist endret: 2024-01-02 17:53

Gass har høy reaktivitet sammenlignet med flytende og faste kropper på grunn av det store arealet av dens aktive overflate og den høye kinetiske energien til partiklene som danner systemet. I dette tilfellet avhenger den kjemiske aktiviteten til gassen, dens trykk og noen andre parametere av konsentrasjonen av molekyler. La oss vurdere i denne artikkelen hva denne verdien er og hvordan den kan beregnes.

Hvilken gass snakker vi om?

Denne artikkelen tar for seg de såk alte ideelle gassene. De neglisjerer størrelsen på partiklene og samspillet mellom dem. Den eneste prosessen som skjer i ideelle gasser er elastiske kollisjoner mellom partikler og karvegger. Resultatet av disse kollisjonene er et absolutt press.

Enhver ekte gass nærmer seg ideelle i egenskapene hvis dens trykk eller tetthet reduseres og dens absolutte temperatur økes. Likevel er det kjemikalier som, selv ved lave tettheter og høyetemperaturer er langt fra ideell gass. Et slående og velkjent eksempel på et slikt stoff er vanndamp. Faktum er at molekylene (H_{2O) er svært polare (oksygen trekker elektrontettheten bort fra hydrogenatomer). Polaritet fører til en betydelig elektrostatisk interaksjon mellom dem, som er et grovt brudd på konseptet om en ideell gass.}

Universal Law of Clapeyron-Mendeleev

For å kunne beregne konsentrasjonen av molekyler i en ideell gass, bør man gjøre seg kjent med loven som beskriver tilstanden til ethvert ideelt gasssystem, uavhengig av dets kjemiske sammensetning. Denne loven bærer navnene til franskmannen Emile Clapeyron og den russiske vitenskapsmannen Dmitri Mendeleev. Den tilsvarende ligningen er:

PV=nRT.

Equality sier at produktet av trykk P og volum V alltid må være direkte proporsjon alt med produktet av absolutt temperatur T og mengden stoff n for en ideell gass. Her er R proporsjonalitetskoeffisienten, som kalles den universelle gasskonstanten. Den viser mengden arbeid som 1 mol gass gjør som følge av ekspansjon hvis den varmes opp med 1 K (R=8, 314 J/(molK)).

Konsentrasjon av molekyler og dens beregning

Konsentrasjonen av atomer eller molekyler forstås ifølge definisjonen som antall partikler i systemet, som faller per volumenhet. Matematisk kan du skrive:

c_N=N/V.

Hvor N er det totale antallet partikler i systemet.

Før du skriver ned formelen for å bestemme konsentrasjonen av gassmolekyler, la oss huske definisjonen av mengden av substans n og uttrykket som relaterer verdien av R til Boltzmann-konstanten k_B:

n=N/N_A;

k_B=R/N_A.

Ved å bruke disse likhetene uttrykker vi N/V-forholdet fra den universelle tilstandsligningen:

PV=nRT=>

PV=N/N_ART=Nk_BT=>

c_N=N/V=P/(k_BT).

Så vi fikk formelen for å bestemme konsentrasjonen av partikler i en gass. Som du kan se, er den direkte proporsjonal med trykket i systemet og omvendt proporsjonal med den absolutte temperaturen.

Siden antallet partikler i systemet er stort, er konsentrasjonen c_N upraktisk å bruke når man utfører praktiske beregninger. I stedet brukes den molare konsentrasjonen c _{oftere. Den er definert for en ideell gass som følger:}

c_{=n/V=P/(R T).}

Eksempelproblem

Det er nødvendig å beregne den molare konsentrasjonen av oksygenmolekyler i luften under normale forhold.

For å løse dette problemet, husk at luft inneholder 21 % oksygen. I samsvar med D altons lov skaper oksygen et parti altrykk på 0,21P₀, hvor P₀=101325 Pa (én atmosfære). Normale forhold antar også en temperatur på 0 ^{oC(273,15 K).}

Vi kjenner alle nødvendige parametere for å beregne den molare konsentrasjonen av oksygen i luften. Vi får:

c(O₂)=P/(R T)=0,21101325/(8,314273, 15)=9,37 mol/m^3.

Hvis denne konsentrasjonen reduseres til et volum på 1 liter, får vi verdien 0,009 mol/L.

For å forstå hvor mange O₂ molekyler som finnes i 1 liter luft, multipliser den beregnede konsentrasjonen med tallet N_A. Etter å ha fullført denne prosedyren får vi en enorm verdi: N(O₂)=5, 6410^21molecules.